NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层的制备及性能研究

摘要

随着航空发动机性能不断地提高,对发动机部件的各方面性能提出了更高要求。可磨耗封严涂层作为提高发动机综合性能的重要组成部分，一直是航空发动机研究领域的重要研究方向之一。
　　本文针对封严涂层不断提高的工作温度需求和进一步系统了解封严涂层摩擦磨损和氧化过程，采用大气等离子喷涂系统制备了九组不同配比的NiCrAlYSi基高温可磨耗封严涂层。应用CSM摩擦磨损试验机、CM1612BL型高温热循环炉、SEM、EDS等设备和技术，测试和分析了涂层的力学、摩擦磨损、高温氧化等性能,主要研究结果如下：
　　（1）NiCrAlYSi/h-BN/聚苯酯封严涂层组织比较均匀,结合强度都在15MPa以上，涂层与基体结合状态良好。当h-BN含量从2％增加到8％，涂层的结合强度降低了30％～38％。聚苯酯含量从6％增加到13％，涂层的硬度值降低了13～15.8（HR45Y），孔隙率增大约6％～15％，结合强度下降17％～39％。
　　（2）NiCrAlYSi/h-BN/聚苯酯封严涂层与DD6单晶合金球室温下的平均摩擦系数大于800℃下的平均摩擦系数,例如9号试样室温平均摩擦系数为0.897，高温下为0.425；涂层室温磨损机理为涂抹、磨粒磨损和轻微氧化，高温磨损机理为切削、塑性变形、氧化和粘着磨损。
　　（3）封严涂层金属基相软化、h-BN的润滑作用和高温下生成具有自润滑性的氧化物是封严涂层在高温下摩擦系数较低的主要原因。h-BN和聚苯酯掺量的增加都能有效降低涂层的磨损，减少对偶件的磨损，并且封严涂层在高温下具有更好的可磨耗性能。
　　（4）随着1100℃恒温氧化的进行，NiCrAlYSi/h-BN/聚苯酯可磨耗封严涂层表面不稳定的NiO、尖晶石相逐渐剥落或被取代，形成以内层Cr2O3+外层NiCr2O4，并且富集Y、Si元素的比较致密、连续的氧化膜。涂层内部孔隙与涂层表面的氧化过程中不同，孔隙周围形成了外层Cr2O3+内层（Cr，Al）2O3的双层结构氧化膜，等离子喷涂过程中金属基相区域形成的氧化铝细脉逐渐生长成（Cr，Al）2O3复合氧化膜。
　　（5）NiCrAlYSi/h-BN/聚苯酯封严涂层的氧化动力学曲线均为指数形式，恒温氧化动力学曲线可简化分为两个阶段：快速氧化阶段和缓慢稳定氧化阶段。随着聚苯酯、h-BN掺量的增加，涂层氧化速率加快，氧化增重提高。
　　（6）在研究配比范围内，6＃试样的力学性能、摩擦磨损性能、抗高温氧化性能较好，综合性能表现最好；9＃试样的综合力学性能和摩擦磨损性能最好，但抗1100℃高温氧化性能存在不足。

目录

声明

第1章 绪论

引言

1.1封严涂层简介

1.2可磨耗封严涂层国内外研究进展

1.3本文选题目的、研究内容及技术路线

第2章 NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层的制备及力学性能研究

引言

2.1材料的选用

2.2NiCrAlYSi/h-BN封严涂层材料的配比设计及涂层的制备

2.3 NiCrAlYSi/h-BN封严涂层的力学性能研究

2.4本章小结

第3章 NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层摩擦磨损性能研究

引言

3.1 实验部分

3.2 温度及材料配比对NiCrAlYSi/h-BN封严涂层摩擦磨损性能的影响

3.3 NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层室/高温摩擦磨损机理

3.4 本章小结

第4章 NiCrAlYSi/h-BN可磨耗封严涂层高温氧化性能研究

引言

4.1 实验部分

4.2 NiCrAlYSih-BN封严涂层表面氧化物形貌及生长过程

4.3 NiCrAlYSi/h-BN封严涂层内部截面形貌及氧化过程分析

4.4 PHB、h-BN含量对NiCrAlYSi/h-BN封严涂层氧化动力学影响分析

4.5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文